21.4: Polímeros: distribución del peso molecular

Para cualquier polímero dado, el peso molecular promedio en peso (M_w) es mayor, si no igual, que el peso molecular promedio en número (M_n). La única situación en la que el peso molecular promedio en peso y el peso molecular promedio en número son iguales es cuando un polímero consta únicamente de cadenas con el mismo peso molecular. Sin embargo, esto nunca sucede en un polímero sintético, ya que es difícil controlar el proceso de polimerización a nivel molecular con una precisión del cien por cien.

Por lo tanto, la relación de M_w a M_n, denominada índice de polidispersidad (PDI) o dispersidad (Đ_M), se utiliza para clasificar los polímeros según la distribución del peso molecular.

Como el peso molecular promedio en peso es igual o mayor que el peso molecular promedio en número, el valor del PDI es siempre uno o superior. Cuando el PDI es uno, el polímero se llama monodisperso (uniforme) porque todas las cadenas poliméricas individuales tienen el mismo peso molecular. Los polímeros naturales como el ADN son ejemplos de polímeros monodispersos.

Todos los polímeros sintéticos son polidispersos (no uniformes). Como las cadenas individuales de polímeros sintéticos tienen diferentes pesos moleculares, el PDI es siempre mayor que uno. El PDI aumenta a medida que aumenta la distribución del peso molecular en el polímero. Un valor más cercano a uno indica una distribución estrecha de pesos moleculares. Se requiere la polimerización en condiciones de reacción controladas para obtener un polímero con una distribución de peso estrecha. Una polimerización incontrolada conduce a cadenas poliméricas con pesos moleculares muy variables y, como consecuencia, a un PDI muy superior a uno.

Recuerde que los polímeros siempre poseen un peso molecular promedio más alto que el peso molecular promedio numérico, a menos que todas las cadenas de polímeros tengan el mismo peso molecular.

Como medida de la distribución del peso molecular en polímeros, se evalúa el índice de polidispersidad, o PDI.

El índice de polidispersidad es la relación entre el peso promedio y el peso molecular promedio en número.

El valor mínimo del índice de polidispersidad para un polímero es uno. Este valor indica que todas las cadenas del polímero tienen el mismo peso molecular, lo que lo convierte en un polímero monodisperso.

Esto nunca ocurre en los polímeros sintéticos, por lo que todos los polímeros sintéticos tienen un índice de polidispersidad superior a uno y son, por lo tanto, conocidos como polímeros polidispersos.

Un índice de polidispersidad cercano a uno indica una distribución estrecha de los pesos moleculares entre las diversas cadenas poliméricas.

A su vez, los valores más altos del índice de polidispersidad sugieren una amplia distribución de pesos moleculares.